STUDI INTERAKSI GLUTENIN DAN BETALAIN DARI ASPEK MOLEKULER ADONAN DAN KARAKTERISTIK FISIK SETELAH PEMANGGANGAN ADONAN YANG DISUPLEMENTASI BIT MERAH (Beta Vulgaris L) STUDY OF INTERACTION BETWEEN GLUTENINS AND BETALAINS FROM DOUGH MOLECULAR ASPECT AND PHYSICAL CHARACTERISTIC AFTER BAKING OF DOUGH WHICH SUPLEMENTED OF RED BEET (Beta Vulgaris L) TESIS Oleh : HENDRIKUS NENDRA PRASETYA 13.95.0001 PROGRAM MAGISTER TEKNOLOGI PANGAN UNIKA SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2016
STUDI INTERAKSI GLUTENIN DAN BETALAIN DARI ASPEK MOLEKULER ADONAN SERTA FISIK SETELAH PEMANGGANGAN ADONAN YANG DISUPLEMENTASI BIT MERAH (Beta Vulgaris L) STUDY OF INTERACTION BETWEEN GLUTENINS AND BETALAINS FROM DOUGH MOLECULAR ASPECT AND PHYSICAL CHARACTERISTIC AFTER BAKING OF DOUGH WHICH SUPLEMENTED OF RED BEET(Beta Vulgaris L) TESIS Diajukan kepada Program Magister Teknologi Pangan Universitas Katolik Soegijapranata untuk memenuhi persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Magister Teknologi Pangan Oleh: Hendrikus Nendra Prasetya 13.95.0001 PROGRAM MAGISTER TEKNOLOGI PANGAN UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2016
PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah ini saya, Hendrikus Nendra Prasetya (13.95.0001), peserta Program Magister Teknologi Pangan. Menyatakan: Bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi. Sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Demikian pernyataan ini dibuat dan dapat dipergunakan sebagaimana mestinya. Semarang, 31 Maret 2016 Hendrikus Nendra Prasetya
TESIS STUDI INTERAKSI GLUTENIN DAN BETALAIN DARI ASPEK MOLEKULER ADONAN SERTA FISIK SETELAH PEMANGGANGAN ADONAN YANG DISUPLEMENTASI BIT MERAH (Beta Vulgaris L) Oleh : Hendrikus Nendra Prasetya 11.95.0001 Dipertahankan di depan Sidang Penguji Pada tanggal : 21 Maret 2016 Tesis ini diterima sebagai sebagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Magister Teknologi Pangan Pembimbing Utama Tanda Tangan Dr. A.Rika Pratiwi, MSi... Pembimbing Pendamping Dr. Victoria Kristina Ananingsih, ST., MSc.... Penguji 1. Prof. Dr. Ir. Yohanes Budi Widanarko, M.Sc.... 2. Dr. Ir. Bernadetha Soedarini, MP.... Program Magister Teknologi Pangan Universitas Katolik Soegijapranata Ketua Program Dr. R. Probo Yulianto Nugrahedi, S.TP., MSc. Tanggal : 31 Maret 2016
ABSTRAK Penambahan senyawa antioksidan ke dalam adonan roti akan mempengaruhi ikatan disulfida dan gugus sulfhidril di dalamnya. Antioksidan membuat penurunan jumlah ikatan disulfida dan kenaikan gugus sulfhidril. Berkurangnya ikatan disulfida akan membuat jaringan gluten melemah, sehingga mempengaruhi fraksi glutenin adonan roti dan berpengarauh terhadap kualitas fisik sebelum dan setelah pemanggangan. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari interaksi antara protein glutenin dengan antioksidan betalain pada adonan roti serta perubahan fisik yang meliputi tekstur dan warna. Penelitian ini menggunakan 3 macam perlakuan protein tepung terigu yaitu protein rendah (9-11%), sedang (11-13%), dan tinggi (13-15%).Tiga tingkat suplementasi konsentrasi bit merah yang ditambahkan yaitu 0%, 5%, dan 10%. Berdasarkan hasil fraksinasi protein, menujukkan bahwa nilai tertinggi dari fraksinasi protein adalah fraksi glutenin dan mengalami penurunan selaras dengan ditambahkannya konsentrasi bit merah. Hasil analisa molekuler menggunakan elektroforesis SDS-PAGE, menujukkan bahwa terdapat 3 sub kelompok LMW yang terdeteksi yaitu B-LMW, C-LMW, dan D-LMW serta 2 sub kelompok sulfida asam amino yaitu sulphur rich prolamin dan sulphur poor prolamin. Interaksi antara glutenin dan betalain terindikasi dari berat molekul protein B-LMW dan sub unit sulphur rich prolamin, semakin banyak sub unit B-LMW dan sub unit sulphur rich prolamin menujukkan adanya kenaikan reduksi antioksidan betalain setelah pemanggangan. Melemahnya ikatan disulfida juga mempengaruhi tekstur. Nilai tekstur setelah pemanggangan dari adonan menjadi meningkat, hal ini dikarenakan tidak terbentuknya ikatan disulfida pada glutenin. Penambahan betalain juga mempengaruhi perubahan warna, semakin banyak penambahan betalain maka nilai L dan b* menjadi menurun tetapi nilai a* meningkat. Kata kunci: Glutenin, betalain, SDS-PAGE, LMW, ikatan disulfida
Abstract The addition of antioxidant compounds into the bread dough will affect disulfide bonds and sulfhydryl groups. Antioxidant will decrease disulfide bonds and increase sulfhydryl groups. Reducing disulfide bond will make the glutens weakened, thus affecting the glutenins fraction of bread dough and the physical quality before and after baking. This research aims to study the interaction between the proteins glutenins and betalains antioxidant in bread dough and physical changes that include texture and color. The purpose of this research is to study the interactions between glutenins and betalains in bread dough and the physical changes that include texture and color after baking with different flour protein treatments and different red beet concentration supplementations. The treatments of flour protein are low (9-11%), moderate (11-13%), and high (13-15%). The level of red beet concentration supplementations are 0%, 5% and 10%. The results of protein fractionation showed that the highest value of the protein fractionation is glutenins fraction and decreased concentration in tune with the addition of red beet. The results of molecular analysis SDS-PAGE electrophoresis, showed that there are 3 sub-groups of LMW detected are B-LMW, C-LMW, and D-LMW and 2 sub-groups of sulfide amino acid is sulphur rich prolamin and sulphur poor prolamin. Interaction of glutenins and betalains on B-LMW and sulphur rich prolamin molecular weight showed an increase in the reduction of antioxidant betalain after baking. The weakening of the disulfide bond also affect the texture. Values texture after baking of dough to be increased, it is because there is no formation of disulfide bonds in glutenin. Addition of betalain also affect the color change, the more the addition betalain the L and b* value be decreased but the value of a * increases. Keywords: glutenins, betalains, SDS-PAGE, LMW, disulfide bonds
KATA PENGANTAR Setelah menunggu beberapa waktu, pada akhirnya saya dapat menyelesaikan laporan tesis yang berjudul Studi Interaksi Glutenin dan Betalain dari Aspek Molekuler Adonan Serta Fisik Setelah Pemanggangan Adonan yang Disuplementasi Bit Merah (Beta Vulgaris L). Adapun penyusunan laporan ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister Teknologi Pangan di Program Magister Teknologi Pangan, Universitas Katolik Soegijapranata, Semarang. Penulis banyak mendapatkan bantuan, bimbingan, pengarahan, dukungan, dan doa dari berbagai pihak, mulai dari awal pencarian topik hingga terselesaikannya laporan tesis ini. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati, saya menyampaikan ucapan terima kasih, antara lain kepada: 1. Dr. A. Rika Pratiwi, MSi selaku pembimbing utama dan Dr. Victoria Kristina Ananingsih, ST., MSc selaku pembimbing pendamping. 2. Dr. R. Probo Yulianto Nugrahedi, S.TP., MSc selaku ketua dan Sekretaris Program Magister Teknologi Pangan. 3. APTIK dan Yayasan Adisucipto Malang yang telah memberikan kesempatan beasiswa untuk melanjutkan studi magister. 4. Rektorat dan Dekan Fakultas Pertanian serta Ketua Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Universitas Katolik Widya Karya 5. Orang tua, istri, dan adik-adikku di malang. 6. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Program Magister Teknologi Pangan. 7. Pihak-pihak lain yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu, yang telah membantu dari awal proses pelaksanaan penelitian hingga terselesaikannya laporan tesis ini. Saya mohon maaf apabila dalam laporan ini terdapat banyak kesalahan dan kekurangan yang tidak disengaja. Penulis berharap semoga laporan tesis ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Semarang, 31 Maret 2016 Hendrikus Nendra Prasetya
DAFTAR ISI HALAMAN PERNYATAAN... iii HALAMAN PENGESAHAN.. iv ABSTRAK v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR.. vii DAFTAR ISI.... viii DAFTAR TABEL.... x DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR LAMPIRAN xiii I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian 3 1.4 Manfaat Penelitian.. 3 II TINJAUAN PUSTAKA 4 2.1 Bit Merah 4 2.2 Roti...... 5 2.3 Elektroforesis Protein. 7 2.4 Hubungan Berat Molekul Protein dengan Kandungan Sulfida Asam Amino 8 III METODE PENELITIAN 10 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian. 10 3.2 Desain Penelitian.... 10 3.3 Alat dan Bahan...... 11 3.3.1 Alat 11 3.3.2 Bahan. 11 3.4 Metode Penelitian... 12 3.4.1 Pembuatan Adonan.... 12 3.4.2 Ekstraksi Adonan... 13 3.4.3 Elektroforesis Protein (SDS-PAGE).. 18 3.4.4 Cara Perhitungan Berat Molekul... 20 3.5 Analisa Betalain (Betasianin dan Betasantin) pada Adonan dan Roti Panggang 20 3.6 Analisa Tekstur pada adonan dan Roti Panggang.. 21 3.7 Analisa Warna pada Adonan dan Roti Panggang... 21 3.8 Analisis Data... 21 IV HASIL PENELITIAN. 22 4.1 Karakteristik Molekuler Protein pada Adonan Tepung Terigu yang mengandung Betalain.... 22 4.1.1 Fraksinasi Adonan Tepung yang mengandung Betalain... 22 4.1.2 Analisa Molekuler Profil Protein pada Adonan Tepung Terigu yang Mengandung Betalain.... 25 4.1.3 Jumlah Subunit Gluten Terhadap Berbagai Konsentrasi Protein Tepung
dan Konsentrasi Bit Merah. 30 4.2 Kandungan Betalain... 31 4.2.1 Betasianin... 31 4.2.2 Reduksi Betasianin setelah Pemanggangan.... 32 4.2.3 Betasantin... 33 4.2.4 Reduksi Betasantin setelah Pemanggangan... 35 4.3 Tekstur.... 35 4.3.1 Perubahan Tekstur setelah Pemanggangan.... 37 4.4 Intensitas Warna..... 37 4.4.1 Nilai L 40 4.4.2 Perubahan Warna L setelah Pemanggangan.. 41 4.4.3 Korelasi L dengan Betasianin 42 4.4.4 Korelasi L dengan Betasantin 43 4.4.5 Nilai a*... 44 4.4.6 Perubahan Warna a* setelah Pemanggangan. 45 4.4.7 Korelasi a* dengan Betasianin... 46 4.4.8 Korelasi a* dengan Betasantin... 46 4.4.9 Nilai b*... 47 4.4.10 Perubahan Warna b* setelah Pemanggangan... 48 4.4.11 Korelasi b* dengan Betasianin. 49 4.4.12 Korelasi b* dengan Betasantin. 50 V PEMBAHASAN... 51 5.1 Profil Berat Molekul Protein pada Adonan Tepung Terigu yang mengandung Bit Merah 51 5.2 Antioksidan Betalain.. 53 5.3 Tekstur Adonan dan Roti dengan Penambahan Bit Merah.... 55 5.4 Intensitas Warna..... 56 VI Kesimpulan dan Saran. 58 6.1 Kesimpulan. 58 6.2 Saran... 58 Daftar Pustaka... 59 Lampiran... 63
DAFTAR TABEL Tabel 1. Kandungan nutrisi dalam 100 gram umbi bit.... 4 Tabel 2. Klasifikasi dan komposisi asam amino dari protein gluten.... 9 Tabel 3. Kombinasi perlakuan..... 11 Tabel 4. Formulasi adonan roti bit merah (gram).... 12 Tabel 5. Berat molekul (kda) fraksi glutenin dari adonan protein rendah (9-11%) dengan berbagai konsentrasi bit merah........ 26 Tabel 6. Berat molekul (kda) fraksi glutenin dari adonan protein sedang (11-13%) dengan berbagai konsentrasi bit merah........ 28 Tabel 7. Berat molekul (kda) fraksi glutenin dari adonan protein tinggi (13-15%) dengan berbagai konsentrasi bit merah........ 29 Tabel 8. Jumlah subunit pada berbagai konsentrasi protein dan konsentrasi bit merah berdasarkan mobilitas elektroforesis... 30 Tabel 9. Jumlah subunit pada konsentrasi protein dan konsentrasi bit merah berdasarkan sulfide asam amino (sulphur rich LMW-GS dengan berat molekul 30-45 kda) 31 Tabel 10. Kandungan betasianin adonan (mg/l) dari adonan berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah 31 Tabel 11. Kandungan betasianin roti (mg/l) dari adonan berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah 32 Tabel 12. Kandungan betasantin adonan (mg/l) dari adonan berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah 34 Tabel 13. Kandungan betasantin roti (mg/l) dari adonan berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah 34 Tabel 14. Nilai kekerasan (gf) dari adonan berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah... 36 Tabel 15. Nilai kekerasan (gf) roti berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah... 36 Tabel 16. Nilai L dari adonan berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah.. 40 Tabel 17. Nilai L dari roti berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah... 41 Tabel 18. Korelasi Antara Nilai L adonan dengan kandungan Betasianin. 42 Tabel 19. Korelasi Antara Nilai L Roti dengan Kandungan Betasianin. 43 Tabel 20. Korelasi Antara Nilai L adonan dengan Kandungan Betasantin 43 Tabel 21. Korelasi Antara Nilai L Roti dengan Kandungan Betasantin. 43 Tabel 22. Nilai a* dari adonan berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah.. 44 Tabel 23. Nilai a* dari roti berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah... 45 Tabel 24. Korelasi Antara Nilai a* adonan dengan kandungan Betasianin 46 Tabel 25. Korelasi Antara Nilai a* Roti dengan Kandungan Betasianin 46 Tabel 26. Korelasi Antara Nilai a* adonan dengan Kandungan Betasantin 46 Tabel 27. Korelasi Antara Nilai a* Roti dengan Kandungan Betasantin 47 Tabel 28. Nilai b* dari adonan berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah.. 47
Tabel 29. Nilai b* dari roti berbagai jenis protein tepung terigu dengan konsentrasi bit merah... 48 Tabel 30. Korelasi Antara Nilai b* adonan dengan kandungan Betasianin 49 Tabel 31. Korelasi Antara Nilai b* Roti dengan Kandungan Betasianin 49 Tabel 32. Korelasi Antara Nilai b* adonan dengan Kandungan Betasantin... 50 Tabel 21. Korelasi Antara Nilai a* Roti dengan Kandungan Betasantin 50
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Struktur Kimia Gugus Sulfhidril dan Ikatan Disulfida.. 7 Gambar 2. Desain penelitian analisis molekuler, betalain, tekstur dan warna 10 Gambar 3. Pembuatan adonan roti dan roti panggang 13 Gambar 4. Diagram alir fraksinasi protein.. 14 Gambar 5. Diagram alir proses Elektroforesis dan Pewarnaan gel 19 Gambar 6. Fraksi albumin dari berbagai adonan protein dan konsentrasi bit merah.. 22 Gambar 7. Fraksi globulin dari berbagai adonan protein dan konsentrasi bit merah.. 23 Gambar 8. Fraksi gliadin dari berbagai adonan protein dan konsentrasi bit merah 23 Gambar 9. Fraksi glutenin dari berbagai adonan protein dan konsentrasi bit merah.. 24 Gambar 10. Profil berat molekul (kda) glutenin dari adonan protein rendah, sedang dan tinggi serta dengan penambahan konsentrasi bit merah 0%, 5%, dan 10%.. 25 Gambar 11. Profil berat molekul (kda) glutenin dari adonan protein rendah (9-11%) yang mengandung betalain.. 26 Gambar 12. Profil berat molekul (kda) glutenin dari adonan protein sedang (11-13%) yang mengandung betalain.. 27 Gambar 13. Profil berat molekul (kda) glutenin dari adonan protein tinggi (13-15%) yang mengandung betalain.. 29 Gambar 14. Reduksi betasianin adonan tepung setelah pemanggangan dengan berbagai konsentrasi serbuk bit merah. 33 Gambar 15. Reduksi betasantin adonan tepung setelah pemanggangan dengan berbagai konsentrasi serbuk bit merah. 35 Gambar 16. Persentase perubahan nilai tekstur setelah pemanggangan.. 37 Gambar 17. Adonan protein yang mengandung bit merah.. 38 Gambar 18. Perubahan warna dengan adanya penambahan bit merah pada adonan protein rendah (9-11%) 39 Gambar 19. Perubahan warna dengan adanya penambahan bit merah pada adonan protein sedang (11-13%).. 39 Gambar 20. Perubahan warna dengan adanya penambahan bit merah pada adonan protein Tinggi (13-15%).. 40 Gambar 21. Perubahan nilai warna L setelah pemanggangan. 42 Gambar 22. Perubahan nilai warna a* setelah pemanggangan... 45 Gambar 23. Kurva Standar Protein.. 63 Gambar 24. Kurva Standar BSA (Bovine Serum Albumin) Low Moleculer Weight... 66
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Kurva Standar Protein. 63 Lampiran 2. Komposisi Reagen Elektroforesis Protein.. 64 Lampiran 3.Kurva Standar BSA (Bovine Serum Albumin) Low Moleculer Weight.... 66 Lampiran 4. Analisa statistik uji tekstur adonan.. 67 Lampiran 5. Analisa statistik uji tekstur roti 69 Lampiran 6. Analisa statistik uji warna L adonan... 71 Lampiran 7. Analisa statistik uji warna L roti. 73 Lampiran 8. Analisa statistik uji warna a* adonan.. 75 Lampiran 9. Analisa statistik uji warna a* roti 77 Lampiran 10. Analisa statistik uji warna b* adonan 79 Lampiran 11. Analisa statistik uji warna b* roti.. 81 Lampiran 12. Korelasi Warna adonan dengan betasianin... 83 Lampiran 13. Korelasi warna roti dengan betasianin.. 84 Lampiran 14. Korelasi betasantin dengan warna adonan 85 Lampiran 15. Korelasi betasantin dengan warna roti.. 86 22